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Comment peser une baleine – Methods Blog


Message fourni par Nathan Hirtle (il/lui)

La taille d’une baleine renseigne non seulement sur sa propre santé, mais également sur l’état de l’écosystème marin dans lequel elle vit. Alors, comment les scientifiques pèsent-ils les plus grandes créatures de la planète ? Dans cet article de blog, Nathan Hirtle partage un aperçu de son article récent sur la mesure du volume des baleines à l’aide d’images de drones.

Science de la forme animale

Étudier la morphologie d’un animal – c’est-à-dire la forme et la taille de son corps – est un moyen simple mais efficace de comprendre sa santé, son âge et son rôle dans un écosystème. Par exemple, un individu plus lourd est susceptible d’avoir mieux réussi à trouver de la nourriture qu’un individu plus léger. De même, un individu plus grand (mesuré de la tête à la queue) peut être plus âgé qu’un individu plus petit. En collectant des données de taille et de forme auprès de différents individus, nous pouvons avoir un aperçu des tendances démographiques plus larges grâce à un processus appelé analyse morphométrique (« morpho » signifiant « forme/forme » et « métrique » signifiant « mesure »).

Alors qu’il peut être relativement facile de collecter et de mesurer de nombreuses espèces terrestres, l’échantillonnage des espèces dans les écosystèmes aquatiques peut être plus difficile, surtout sans l’utilisation de filets. Cette méthode ne fonctionnera pas pour les baleines, en partie à cause du potentiel de leur faire du mal, mais aussi simplement à cause de leur taille !

Image aérienne d’une baleine prise sous le numéro de permis (NMFS GA No. 21889). Crédit : Julia Stepanuk

Poids de la baleine

Historiquement, les baleiniers industriels disposaient d’infrastructures qui permettaient de peser et de mesurer les baleines récoltées. Ces mesures sont encore utilisées aujourd’hui pour faire des comparaisons avec les populations de baleines modernes. Étant donné que l’exploitation généralisée des baleines a entraîné un déclin rapide de la population mondiale, la pratique actuelle de la chasse à la baleine a presque entièrement cessé. Cela était certainement nécessaire pour sauver ces espèces de l’extinction, même si cela rendait également la mesure des baleines incroyablement difficile.

Les baleines sont d’importants consommateurs dans les écosystèmes marins – elles mangent beaucoup de nourriture, stockent beaucoup d’énergie dans leur corps, vivent longtemps et parcourent de grandes distances. Ces traits d’histoire de vie signifient que le corps de chaque baleine contient de nombreuses informations sur l’écosystème marin, ce qui a conduit certains à qualifier les grandes baleines de « sentinelles de l’écosystème‘, car en étudiant les baleines, on peut en apprendre beaucoup sur leur environnement.

Alors, comment mesurer un animal que nous ne pouvons pas attraper ? Nous devenons créatifs.

Modélisation des baleines

Récemment, de nombreux travaux sur le terrain se sont concentrés sur la mesure à distance des animaux, dont beaucoup reposent sur l’utilisation de véhicules aériens inoccupés ou de drones. Ce processus est très utile pour les biologistes des baleines car il permet de mesurer les baleines sans même les toucher.

Nous voulions savoir si nous pouvions utiliser ces mesures basées sur des drones en combinaison avec des modèles tridimensionnels (3D) pour créer une représentation virtuelle d’un baleine à bosse (pensez-y comme un personnage de jeu vidéo). Ce modèle virtuel en 3D permettrait ensuite d’estimer le volume de la vraie baleine. Le volume est une mesure de l’espace occupé par quelque chose, ce qui peut nous en dire beaucoup sur la façon dont les animaux se déplacent et combien ils ont mangé.

(a) images de dessus et de côté alignées le long de l’axe du corps d’une baleine à bosse, mises à l’échelle de sorte que la longueur totale de la baleine dans les deux images soit la même. Le maillage tridimensionnel avec des ellipses à des intervalles de longueur est superposé sur les images latérales (b) et supérieures (c). Les ellipses s’étendent de 1 à 85 % de la longueur totale. Crédit: Hirtle et al., 2022

Le volume est généralement mesuré chez les animaux en plaçant les individus dans un récipient contenant de l’eau et en calculant la quantité d’eau que l’animal déplace, ce qui est bien sûr impossible à faire pour les baleines en liberté ! L’estimation du volume à partir de modèles 3D a déjà été réalisée pour globicéphales échouésmais pas pour les animaux vivants.

La première étape de ce processus consistait à créer un modèle 3D. Nous avons utilisé un logiciel gratuit appelé Mixeur pour construire notre modèle. Tout d’abord, nous avons identifié de très belles images de baleines à bosse vues de dessus et de profil. Nous avons ensuite tracé le contour du profil supérieur et le profil latéral de la baleine à bosse à l’aide d’un maillage 3D qui commence comme rien de plus qu’un cylindre. En faisant glisser les différents points du maillage 3D pour les faire correspondre aux images, nous avons pu « sculpter » le cylindre en une forme qui ressemble à une baleine. Heureusement, la forme du corps d’une baleine à bosse est assez simple – parce que je ne suis pas un artiste ! Nous n’avons pas inclus les nageoires ou les queues des baleines dans le modèle, en raison de leur complexité.

À ce stade, la taille du modèle n’a pas d’importance. Tout ce qui compte, c’est qu’il RESSEMBLE à une baleine. Ensuite, les mesures du drone ont été utilisées pour faire de ce modèle la bonne taille. Ceci est fait en utilisant un script Python dans Blender. Fondamentalement, les mesures de longueur et de largeur totales prises à partir du drone sont utilisées pour écraser et tirer le modèle à la bonne taille.

(a) Mesures de largeur (flèches blanches) et mesures de longueur totale prises à partir d’images de drones. Les nombres entre les mesures de largeur indiquent le pourcentage de longueur totale de la tête à l’encoche de la queue. (b) Le modèle 3D de base. (c) Le modèle de base (bleu) est mis à l’échelle à la longueur (d) Le modèle est mis à l’échelle pour correspondre aux mesures de largeur correspondantes et aux rapports hauteur-largeur, ce qui donne le modèle final (violet). Les flèches noires indiquent les régions où les changements sont les plus importants par rapport au modèle de base. Crédit: Hirtle et al., 2022

A l’échelle d’une baleine

Mais vous vous interrogez peut-être sur la faisabilité de cela; après tout, c’est beaucoup de mesures dont vous avez besoin, et il ne peut pas être facile d’obtenir toutes celles d’une seule baleine, surtout quand vous pensez à des choses comme les vagues, la baleine exhalant de l’eau, la baleine se penchant et se déplaçant…. la liste continue. Et tu aurais raison!

L’un des principaux objectifs de ce travail était de déterminer combien et lesquelles de ces mesures étaient nécessaires pour représenter avec précision la baleine. Pour ce faire, nous avons créé des modèles qui utilisaient toutes les différentes combinaisons de mesures de largeur à notre disposition. Avec 17 mesures de largeur différentes, c’est 131 072 combinaisons différentes…. pour chaque baleine.

Bien que le code puisse effectuer ce processus de mise à l’échelle beaucoup plus rapidement qu’un humain, il reste encore beaucoup de calculs individuels à effectuer pour chaque baleine. Il s’agissait donc d’un exercice vraiment difficile pour améliorer l’efficacité des calculs tout en obtenant les résultats souhaités. Dans ce cas, cela signifiait que je devais retravailler le code à partir de zéro, mais cela a payé. Nous avons été assez impressionnés par nos résultats car nous avons pu créer des modèles 3D précis de baleines à bosse en utilisant aussi peu que 5 mesures de largeur, par rapport aux 17 mesures complètes utilisées dans le modèle « complet » – bien que certains des modèles n’étaient certainement pas les plus jolie (voir la vidéo ci-dessous).

Demande de recherche

Cela sera très utile pour aller de l’avant, car cela signifie que nous pouvons utiliser des images de baleines qui ne sont pas parfaites pour créer des modèles 3D précis et des estimations de volume à partir de ces modèles. Donc, si quelques parties de la baleine sont obscurcies par, disons, le souffle de la baleine, ce n’est pas un problème. Il est également important que ces calculs puissent être effectués assez rapidement, ce qui pourrait être important pour aider les sauveteurs enchevêtrement à calculer la dose de sédation. De plus, nous pouvons utiliser ces modèles pour mesurer la même baleine à plusieurs reprises pour voir comment la baleine peut changer d’année en année, ce qui peut ensuite nous dire comment l’écosystème se porte plus largement, le tout sans toucher la baleine !

Nous pensons que cette méthode est vraiment cool, et une partie de ce processus pour moi consistait à apprendre l’importance de la documentation du code, car nous voulons que d’autres personnes puissent utiliser ces méthodes pour leurs propres espèces d’étude. Tout le code et les directives pour la création de modèles 3D faisaient partie du produit pour ce travail, donc si vous êtes intéressé, veuillez consulter l’article et voir le code archivé sur GitHub.

À propos de l’auteur principal

Nathan Hirtle est doctorant à la École des sciences marines et atmosphériques de l’Université Stony Brook à New York travailler avec Lesley Thorne. Nathan s’intéresse à la compréhension de l’énergétique des baleines à fanons et des changements de distribution des odontocètes dans l’Atlantique Ouest associés au changement climatique.

Lisez entièrement l’article « Intégration de modèles 3D avec des mesures morphométriques pour améliorer les estimations volumétriques chez les mammifères marins





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